专利名称：用于增压器的扭转减振机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转式鼓风机，更具体地涉及一种扭转减振机构("隔 离器，，)，所述扭转减振机构用于减小来自鼓风机、特别是来自正时齿轮/ 定时齿轮的可闻噪声。
背景技术：
尽管本发明可以有利地用在许多不同类型的鼓风机上，而与鼓风机的 输入驱动方式无关，但是本发明特别适用于由内燃机驱动的罗茨型
(Roots-type )旋转式鼓风机。在商业上用于公路车辆的常用内燃机中， 发动机的转矩输出并非完全平顺和恒定，反而响应于一系列的单独的、离 散的燃烧循环而产生。
一般的罗茨型鼓风机将一定体积的空气从入口转移到出口 ，同时一螺 旋式压缩机在将空气送到出口前实际上实现了对空气的内部压缩。然而， 为了本发明的目的，鼓风机或压缩机通常包括一对转子，所述转子必须相 对于彼此定时，因此由啮合的正时齿轮驱动。如鼓风机领域的普通技术人 员所知的那样，正时齿轮可能经历例如齿轮敲击/齿轮^嗒声(gearrattle) 和反弹的情况。
本发明涉及的这种类型(罗茨型或者螺旋式压缩机型)的旋转式鼓风 机也称作为"增压器"，因为该鼓风机用于使发动机进气侧有效地增压。 一般地，发动机增压器的输入是带轮-带传动装置，这样设计该传动装置的 结构和大小，使得在任何给定的发动机速度下，传送到进气歧管中的空气 量多于发动机的瞬时排量，因此增大了进气歧管内的空气压力，增大了发 动机的功率密度。罗茨型或者螺旋式压缩机型的旋转式鼓风机的特征在于可能产生噪 声。例如，罗茨型鼓风机噪声可以归为以下两种类型中的任一种。第一种 是固体噪声，该噪声由经受波动载荷(发动机周期点火脉冲)的转子轴轴 承和正时齿轮的旋转引起。可由正时齿轮的啮合齿在空载(不增压)、低 速运行期间产生的噪声也称为"齿轮敲击"。第二种类型的噪声是流体噪 声，该噪声由流体流动特性、例如流体(即由增压器传送的空气)速度的 快速变化引起。本发明主要涉及由正时齿轮的啮合引起的固定噪声。
为了最小化固体噪声，已开发出扭转减振机构("隔振器")，该扭 转减振机构在鼓风机转子未"承受载荷"时能够在相对低速运行期间使正 时齿轮的"反弹"最小化。这种扭转减振机构也称为"隔振器"，因为其 部分功能是将正时齿轮与增压器输入的速度和转矩波动隔离。
本申请的图1和2中示出一种/>知的扭转减#^几构，该扭转减痴K构 包括环状的体部，该体部适于连接到由发动机通过带轮-带传动装置驱动的 第 一输入轴。笫二输入轴由扭转减振机构通过多个接纳在体部的弓形槽内 的销驱动地连接到第 一输入轴。在所述销中的至少 一个与减 构的体部 之间安置有弹簧，该弹簧在第一与第二输入轴之间提供弹性驱动，该弹性 驱动削弱或隔离转矩波动或转矩峰值，用于在不增压的发动机低速模式运 行期间阻止正时齿轮的可闻的轮齿呻嗒声。
在增压器的开发过程中，开发中首要考虑的问题是扭转减振机构的耐 久性，因此也是以任何种类的增压器结构失效前运行的小时数计数的增压 器最终工作期限或耐久寿命。可制造性和安装的方便性也是扭转减振机构 的期望特性，以另外保证增压器的适当的组装。
发明内容
(本发明)提出一种用于旋转式鼓风机的扭转减振机构，该扭转减振 机构适于被可旋转地插置在第一驱动构件与第二驱动构件之间，所述第一 驱动构件用于驱动与第二齿轮恒定啮合的第一齿轮，所述第二驱动构件由 来自周期性燃烧的发动机的转矩在一个方向上旋转驱动。该扭转减^^L构包括总体为环状的体部，该体部被设置成绕一轴线a-a旋转并^L固定到所 述驱动构件中的一个上。该体部包括多个在周向上间隔开的孔和多个在周 向上间隔开的总体为弓形形状的槽。 一緩冲减振器包括多个緩冲构件，所 述各緩冲构件适于被接纳在体部的相应的槽中。在本发明的实施例中，这 些槽中至少一个包括千涉构件，所述干涉构件被定位成在体部与緩沖构件 之间产生过盈配合，从而将緩冲构件固定在槽中并禁止緩冲减振器相对于 体部运动。多个轴向延伸的第一销中的每个均有一个端部由所述槽中的一 个不紧固地接纳，而另一端部固定到第一驱动构件的端部上。多个轴向延 伸的第二销中的每个都有一个端部由孔固定地接纳，而另 一端部固定到第 二驱动构件上。 一弹簧以一个端部固定到体部，其自由端部以悬臂的形式 沿径向延伸到所述槽中至少一个内。该弹簧插置在所述一个槽的緩沖构件 与所述一个槽内的销之间。在本发明的一实施例中，该体部设有至少一个 应力减小结构/特征结构，以减小弹簧中的应力。
(本发明)还提供一种旋转式鼓风机，该旋转式鼓风机包括根据本发 明实施例的扭转减振机构。
图1和2是现有技术的扭转减振机构的前透视图和后透视图。
图3是进气歧管组件的示意图，该进气歧管组件具有用于使内燃机的
进气压力增压的容积式鼓风机或增压器。
图4是图3中示意性示出的增压器的输入区段的放大的、局部的轴向
剖视图。
图5和6分别是根据本发明实施例的扭转减振机构的前透视图和后透 视图。
图7和8分别是图5和6所示扭转振动机构的前平面视图和后平面视图。
图9是图7所示的扭转减招4几构沿着线9-9的剖视图。
图10是根据本发明实施例的扭转减掮4^构体部的后平面视图。
7图11是图IO所示扭转振动机构体部的前平面视图。
图12是根据本发明实施例的扭转减振机构的緩冲减振器的后平面视
图
图13是图12所示緩沖减振器的侧视图。
图14是根据本发明实施例、在图中接纳在孔内的扭转减痴fe/L构弹簧的 详细浮见图。
图15是根据本发明实施例、其中接纳有緩冲构件的扭转减振机构体部 构件槽的详细视图。
图16是根据本发明实施例的扭转减振机构体部的防扭弯突出部的详 细视图。
具体实施例方式
图3中示意性示出内燃机10的一部分，该内燃机可以是周期燃烧型， 例如奥托或狄塞尔循环型。发动机包括多个气缸12和往复运动的活塞14, 该活塞被设置在各气缸内以限定可膨胀的燃烧室16。发动机也包括进气和 排气歧管组件18、 20,所述进气和排气歧管组件用于分别经由进、排气门 22、 24将燃气导向燃烧室和从燃烧室导出。
进气歧管组件18包括一回流或罗茨型的容积式鼓风机或增压器26, 该鼓风机或增压器具有一对带啮合叶瓣28a、 29a的转子28、 29。转子28、
动带机械地驱动。机械驱动使得鼓风机转子28、 29以与曲轴速度成固定比 率(的速度)旋转，以使鼓风机排量大于发动机排量，由此，使得流向发 动机燃烧室的空气升压或增压，以提高发动机功率。
所示鼓风机包括入口 30和排出口或出口 34，该入口接纳来自输入管 或输入道32的空气或空气燃料混合物充量，该排出口或出口经由输出管或 输出道36将该充量导向进气门22。输入和输出管经由分别连接在输入、 输出管32、 36的开口 32a、 36a上的旁通管或旁通道38相互连通。如果发 动机10是奥托循环型，则节气门40优选以众所周知的方式控制空气或空气燃料混合物从源头、例如环境或大气流入输入管32。
在旁通管38内设有一旁通阀42，该旁通阀在经由线路46响应于输入 管32中的压力的执行组件44的作用下、在打开和关闭位置之间移动，因 此起根据发动机功率需求来控制管36内的增压压力的作用。当旁通阀42 处在完全打开的位置时，输出管36内的空气压力比输入管32内的空气压 力低。当阀42完全关闭时，输出管中的空气压力相对较高。
现在参看图4,在该图中详细示出鼓风机26的一部分。在所示结构中， 鼓风机26包括壳体组件48、输入驱动组件50、和根据本发明实施例的扭 转减振机构52。壳体组件48包括容纳转子28、 29的主壳体区段54、和输 入驱动区段56，在该主壳体区段与输入驱动区段之间限定一室58。
如本领域所知，主壳体区段56包括第一驱动构件或轴60，该第一驱 动构件或轴具有固定到总体为环状的第一端部构件62上的右端部和固定 到鼓风机正时齿轮(未示出)的左端部。输入驱动组件50包括由减摩轴承 /滚动轴承66、 68支撑的第二驱动构件或轴64、固定到第二轴64右端部的 带轮70、和固定到第二轴64左端部的总体为环状的第二端部构件72。带 轮70可以由前面提到且未示出的皮带驱动，该皮带将发动机转矩传递到鼓 风机26。
在不增压的发动机低速或怠速运行期间，正时齿轮的啮合齿基本上无 负载，已知该啮合齿由于齿间的间隙而彼此来回反弹或冲撞。反弹或冲撞 产生已知为齿轮敲击的令人反感的噪声，认为该反弹或冲撞是由周期燃烧 的发动机例如发动机10提供的增压器驱动转矩中的扭振/扭力引起的。由 扭转减振组件52提供的弹性驱动将^t嗒噪声减小到低于可闻范围。
在图4所示的鼓风机结构中，扭转减振机构52被设置成绕轴60、 64 的公共轴线a-a旋转。两个(分别含)轴向延伸的三个销的销组74、 76分 别连接扭转减^^几构52的一部分，以使之分别随第一和第二端部构件62、 72旋转。
在图5-16所示的本发明实施例中，扭转减振机构52包括总体为环状 的体部80和緩冲减振器82,该体部由相对坚硬的塑料或金属材料形成，
9该緩冲减振器固定到体部80上并由相对柔软或柔度较大的弹性材料形成。 体部80包括中心口 84、三个沿周向间隔开的通孔88、和插置在通孔88 之间的总体为弓形形状的三个沿周向间隔开的通槽卯，所述中心口与公共 轴线a-a同心，其大小设计成接纳第一弹簧86和第二弹簧87。通孔88和 槽90沿径向隔开，并平行于公共轴线a-a延伸。
如图4中所示，销76在一端被压配合到第二端部构件72中，在另一 端被压配合到体部80的通孔88中。销74在一端被压配合到第一端部构件 62中，在另一端由弓形槽90滑动接纳。在销74与槽90之间可设有一定 大小的径向游隙，以降低轴60、 64和/或二者之间的部件的不对准的影响。
如图5、 7、 12和13所示，緩冲减振器82包括辐板91和多个緩冲构 件94，该辐板具有与公共轴线a-a同心的中心口 92,各緩冲构件通过辐板 91相互连接并且当緩冲减振器82和体部80被组装在一起时限定各槽90 的端部。接纳緩沖构件94的所有槽卯都包括干涉构件96、例如径向向内 延伸的倒钩(如见图11和15),该干涉构件简化了与緩冲构件94的过盈 配合，以便在鼓风机26运行期间将緩冲构件94固定在槽90中。凸起的、 总体为弓形的表面98可径向向外延伸到槽90中，以便与緩冲构件94的径 向内部部分上相应成形的表面对准，从而在装配期间适当定位緩冲构件。
与图1和2所示的现有技术的扭转减振机构不同，根据本发明的緩冲 减振器82的辐板91延伸到体部80中心孔84的一部分的上方并总体上覆 盖该部分，使得弓形槽90中每一个都不受阻碍。这种结构允许每个销74 都具有基本上相等的长度一一与其中接纳在由现有技术緩冲减振器覆盖的 弓形槽中的销74比接合弹性驱动弹簧的销74短的现有技术不同的设计。 根据本发明的緩冲减振器构型许可每个销74具有基本相同的长度，这有利 地许可扭转减振机构52以三个角度方位中的任一个安装在端部构件62上。 现有技术设计仅能够以一个角度方位安装。
緩沖构件94共同限定了一种刚度/弹性系数较高的弹性吸振器用以胆 止销74对体部80的可闻的冲击,这种冲击是由发生在发动机熄火、发动 机节气门的突然运动、和/或发动机在发动机低速时运行不稳定期间的高能量负转矩波动或峰值引起的。因为緩冲构件94的弹性材料被选择成承受销 74对緩冲构件94的高频、高能冲击，所以可使用滞后性低的弹性体，使 得材料能够响应于冲击并以最小的扭曲和最小的可闻噪声来吸收一系列的 在短时内发生的高能沖击。用以下材料获得可接受的性能，该材料的弹性 模量范围在减振机构的常规运行范围内为10,000到40,000 psi，其硬度的 范围以邵氏D硬度计(计量)为50到80、优选55到75。示例性材料是 来自E. I. Du Pont de Nemours and Company的Hytrel 聚酯弹性体。
第一弹簧86在第一与第二端部构件62与72之间提供弹性驱动，该弹 性驱动削弱或隔离转矩波动或转矩峰值，用以在不增压的发动机低速模式 运行期间阻止可闻的正时齿轮的轮齿咔嗒声。在一实施例中，第一弹簧86 是具有沿径向延伸的、对置的端部或扁尾100、 102的扭转弹簧，所述端部 或扁尾通过多个设置在体部80的中心口 84中的螺旋缠绕的线匝(例如大 约3.5匝)相互连接。端部102保持在孔104中，以防止相对于体部80和 緩冲减振器82运动。端部100被设置成在体部80端面中的、轴向敞开的 弓形凹部106中作周向运动，并祐J故置在销74中的一个上以经由体部80 和销76将转矩在图8中箭头A的方向上从销74弹性地传递到端部构件62。 在此，认为在箭头A的方向上的转矩是正的，而反方向上的转矩是负的。
在一实施例中，扭转减振机构52i殳有至少一个减小弹簧应力的结构， 以减小第一弹簧86上的会使机构52的性能降低的应力。图14中示出一个 这样的结构，其中，孔104包括一对侧壁108,这对侧壁从径向外部端壁 110向内渐缩(逐渐变窄)到圆角112,所述圃角将渐缩的侧壁108连接到 中心口 84。在图1和2的、包括具有侧壁的弹簧孔(未示出)的现有技术 扭转减振机构中，所述侧壁垂直于端壁，而侧壁与中心孔之间没有圆角， 与之不同地，图14所示的孔104的实施例减小了弹簧86端部102上由端 部102中制造偏差引起的应力，减小了在鼓风机26运行期间由弹簧86的 负载引起的对端部102的限制。
例如，图4和16中示出了另一个用于第一弹簧86的减小应力的结构， 该结构包括突出部114，该突出部沿径向向内延伸到中心口 84内邻近第一弹簧86。在图l和2所示的现有技术扭转减振机构中，扭转弹簧部分地围 绕轴巻绕，以禁止弹簧在被加载时扭弯。尽管与轴的接触阻止了扭转弹簧 86在工作期间不期望的扭弯，而这却可能不利地引起轴与弹簧的磨蚀，尤 其是在结构未很好润滑的情况下。由于弹簧的运动被限制，与轴的接触也 增加了弹簧中的局部应力。对比现有技术，突出部114接合第一弹簧86 以禁止其在运行期间扭弯，而不使弹簧接触轴62、 64。这种构型防止了弹 簧86的内径磨损。此外，由于允许弹簧86在中心口 94内不受限制地浮动， 消除了在现有技术设计中由于与轴接合引起的弹簧中的局部应力。
为了防止轮齿呻嗒声，第一弹簧86的刚度应当使该弹簧质量系统的固 有频率小于分布频率(distributing frequency)的四分之一，以提供可接受 的隔离。例如仅对在此公开的尺寸的增压器，弹簧86的刚度约为端部100 相对于端部102每移动一度(对应于)三分之一英寸磅(的转矩)。这种 低刚度弹簧的自由长度不具有例如由緩冲构件94提供的、足以在合理的相 对旋转范围内运行的固有转矩传递能力。因此，弹簧86被预加载8度以使 弹簧具有足够的固有转矩传递能力。
第二弹簧87总体为C形，该第二弹簧具有接纳在体部80的盲孔116 (图11)中的第一端部和延伸到体部80的端面上的凹部118 (图5)中的 第二端部，该第二弹簧可与销74中的一个接合。第二弹簧87衰减由运行 期间转矩变向(负转矩)而引起的对所接合的销74的冲击。
在上述的说明中很详细地描述了本发明，相信在阅读和理解所述说明 的基础上，本发明的各种变型和修改将是本领域的普通技术人员可显而易 见的。只要这些变型和修改在所附权利要求的范围内，就应认为所有这些 变型和修 文都为本发明所涵盖。
1权利要求
1.一种用于旋转式鼓风机的扭转减振机构，所述扭转减振机构适于可旋转地插置在第一驱动构件与第二驱动构件之间，所述第一驱动构件用于驱动与第二齿轮恒定啮合的第一齿轮，所述第二驱动构件由来自周期性燃烧的发动机的转矩在一个方向上旋转驱动；所述扭转减振机构包括一总体为环状的体部，所述体部设置成绕一轴线旋转并被固定到所述驱动构件中的一个上，所述体部包括多个在周向上间隔开的孔和多个在周向上间隔开的总体为弓形形状的槽；一缓冲减振器，所述缓冲减振器包括多个缓冲构件，所述各缓冲构件均适于被接纳在所述体部的相应的槽中，所述槽中至少一个包括干涉构件，所述干涉构件被定位成在体部与所述缓冲构件之间产生过盈配合，从而将所述缓冲构件固定在槽中并禁止所述缓冲减振器相对于所述体部运动；多个轴向延伸的第一销，各所述第一销均有一个端部由所述槽中的一个不紧固地接纳，另一端部固定到所述第一驱动构件上；多个轴向延伸的第二销，各所述第二销均有一个端部由所述孔固定地接纳，另一端部固定到所述第二驱动构件上；和一弹簧，所述弹簧以一个端部固定到所述体部上，并具有以悬臂的形式沿径向延伸到所述槽中至少一个内的自由端部，所述弹簧被插置在所述一个槽的所述缓冲构件与所述一个槽内的销之间。
2. —种旋转式鼓风机，所述鼓风机包含一扭转减振机构，所述扭转减振机构适于可旋转地插置在第一驱动构 件与第二驱动构件之间，所述第一驱动构件用于驱动与第二齿轮恒定啮合 的第一齿轮，所述第二驱动构件由来自周期性燃烧的发动机的转矩在一个 方向上4t转驱动；一总体为环状的体部，所述体部被设置成绕一轴线旋转并被固定到所 述驱动构件中的一个上，所述体部包括多个在周向上间隔开的孔和多个在 周向上间隔开的总体为弓形形状的槽；一緩冲减振器，所述緩沖减振器包括多个緩沖构件，各所迷緩冲构件 均适于被接纳在所述体部的相应的槽中，所述緩沖减振器包括辐板，所述辐板以使所述槽能够保持不受阻碍的方式使所述緩冲构件互相连接；多个轴向延伸的第一销，各所述第一销均有一个端部由所述槽中的一 个不紧固地接纳，另一端部^皮固定到所述第一驱动构件，每个第一销的长 度都基本相同从而能够相对于第 一驱动构件以多于一个的角度位置设置该 扭转减4Wj件；多个轴向延伸的第二销，各所述第二销均有一个端部由所述孔固定地 接纳，另一端部固定到所述第二驱动构件上；和一弹簧，所述弹簧以一个端部固定到所述体部，并具有以悬臂的形式 沿径向延伸到所述槽中至少一个内的自由端部，所述弹簧插置在所述一个 槽的所述緩冲构件与所述一个槽内的销之间。
3. 根据权利要求2所述的旋转式鼓风机，其特征在于，所有的所述 槽都包括一干涉构件，所述干涉构件被定位成在所述体部与所迷緩冲构件 之间产生过盈配合，从而将所述緩冲构件固定在槽中并禁止所述緩冲减振 器相对于所述体部运动。
4. 一种用于旋转式鼓风机的扭转减振机构，所述扭转减振机构适于 可旋转地插置在第一驱动构件与第二驱动构件之间，所述第一驱动构件用 于驱动与第二齿轮恒定啮合的第一齿轮，所述第二驱动构件由来自周期性 燃烧的发动机的转矩在一个方向上旋转驱动；所述扭转减振才几构包括一总体为环状的体部，所述体部设置成绕一轴线旋转并被固定到所述 驱动构件中的一个上，所述体部包括多个在周向上间隔开的孔、多个在周 向上间隔开的总体为弓形形状的槽和一中心口 ；一緩沖减振器，所述緩冲减振器包括多个緩沖构件，各所迷緩冲构件 均适于被接纳在所述体部的相应的槽中；多个轴向延伸的第一销，各所述第一销均有一个端部由所迷槽中的一 个不紧固地接纳，另一端部固定到所述第一驱动构件上；多个轴向延伸的第二销，各所述第二销均有一个端部由所迷孔固定地接纳，另一端部固定到所述第二驱动构件；和一接纳在所述中心口中的弹簧，所述弹簧以一个端部固定到所述体部， 并具有以悬臂的形式沿径向延伸到所述槽中至少一个内的自由端部，所述 弹簧被插置在所述一个槽的所述緩冲构件与所述一个槽内的销之间；其中， 所述体部i殳有至少 一个应力减小结构，以减小所迷弹簧中的应力。
5. 根据权利要求4所述的扭转减振机构，其特征在于，所述弹簧的 端部被固定在所述体部的孔内，所述应力减小结构包括所述孔的一对侧壁， 所述侧壁从径向外部端壁向内渐缩到圆角，所述圆角将渐缩的侧壁连接到 中心口 。
6. 根据权利要求4所述的扭转减振机构，其特征在于，所述应力减 小结构包括一突出部，所述突出部沿径向向内延伸到中心口内邻近所述弹 簧，所述突出部与所述弹簧相接合，从而在不使弹簧与轴相接触的情况下 禁止所述弹簧在所述旋转式鼓风机运行期间扭弯。
全文摘要
本发明涉及一种用于旋转式鼓风机的扭转减振机构，该扭转减振机构具有改进的耐久性并且易于安装到旋转式鼓风机上。本发明还涉及一种旋转式鼓风机，该旋转式鼓风机包括根据本发明实施例的扭转减振机构。
文档编号F02B39/12GK101583783SQ200780049495
公开日2009年11月18日 申请日期2007年12月20日 优先权日2006年12月21日
发明者M·H·普拉特利, M·J·奥托 申请人:伊顿公司